CN114769909A - 基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于激光加工技术领域，并具体公开了一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统及方法。所述系统包括：激光器，第一功率调节器用于调整激光束的功率；分束器用于将激光束进行分束，一部分激光束进入第一功率计，剩余激光束进入第一功率调节器；第一功率调节器包括第一旋转电机和第一半波片；第二功率调节器包括第二旋转电机和第二半波片；第二功率调节器的光束依次通过所述二向色镜和物镜照在X‑Y二维位移平台上；第二功率计在晶圆切割前放于所述X‑Y二维位移平台上，控制模块根据所述映射关系控制所述X‑Y二维位移平台运动以及第二半波片的转动。本发明通过功率计实施监测的方式来保证切割质量，对激光器的功率变化形成闭环模式。

Description

基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统及方法

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，更具体地，涉及一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统及方法。

背景技术

目前激光切割晶圆控制系统的设计，其中大部分采取的手动设置伺服器PID参数和激光频率、电流参数，在切割的过程中无法动态调节参数，控制精度和切割效果完全依靠运行前的经验值来实现，无法满足晶圆切割中对控制精度的要求。切割参数需要做大量工艺试验才能得到，设备调试时间长。此外，现有技术中，通常直接调整激光器的功率来实现切割功率的控制和调整，在晶圆切割过程中，由于不同的刀路对应不同的激光功率，因此，每次在更换刀路时，均需要对相应刀路的激光功率进行调整，费事费力，设备调试的时间长，适应性不强。

如中国专利CN214506045U公开了一种用于控制激光功率稳定性的装置，该装置包括激光器、拨片传动装置、分光棱镜、光电传感器、ADC芯片和控制单元。该装置通过分光棱镜分成两束光，一束用于光电信号转换，通过控制单元调整拨片传动位置来实现激光功率稳定。该装置只能用于控制激光功率单一数值稳定，如果需要快速转换激光功率，并保证每次转换后的激光功率稳定，需要重新设定光电信号的参数，十分不方便。中国专利CN209418976U公开了一种提高激光功率稳定性用的激光器自动优化装置，该装置在主要是用于激光器内部的功率稳定性装置。同样也存在没法快速转换激光功率，同时保证每次转换后的激光功率稳定性，对于应用在稳定性高和功率转换快的场合，效率较低。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统及方法，其中结合晶圆自身的特征及其激光切割工艺特点，相应设计了基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，并对其关键组件如激光器、第一功率调节器、分束器、第一功率计、第二功率调节器、二向色镜、物镜、X-Y二维位移平台、第二功率计以及控制模块的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的可有效解决现有技术中无法快速转换激光功率以及在转换过程中功率的稳定性问题，同时在激光加工中通过功率计实施监测的方式来保证切割质量，减少更新校准功率参考表的次数，对激光器的功率变化形成闭环模式，保证在切割过程中的一致性，提供产品良率。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，包括：激光器、第一功率调节器、分束器、第一功率计、第二功率调节器、二向色镜、物镜、X-Y二维位移平台、第二功率计以及控制模块，其中，

所述激光器用于产生激光束；

所述第一功率调节器用于调整激光束的功率；

所述分束器用于将激光束进行分束，一部分激光束进入所述第一功率计进行激光功率监测，剩余激光束进入所述第一功率调节器；

所述第一功率调节器包括第一旋转电机和第一半波片；

所述第二功率调节器设于所述第一功率调节器的出光光路上，包括第二旋转电机和第二半波片；

通过所述第二功率调节器的光束依次通过所述二向色镜和物镜照在所述X-Y二维位移平台上；

所述第二功率计在晶圆切割前放于所述X-Y二维位移平台上，并在所述激光器输出指定功率激光束、且所述第一功率计检测数据稳定时，根据第二半波片的角度测量所述第二半波片旋转角度与照射至所述X-Y二维位移平台上的激光功率的映射关系；

所述控制模块根据所述映射关系控制所述X-Y二维位移平台运动以及第二半波片的转动。

作为进一步优选的，还包括光闸组件，所述光闸组件设于所述分束器之后的光路上，用于控制光路的通断。

作为进一步优选的，所述光闸组件包括设于所述分束器与所述第二功率调节器之间的第一光闸以及设于所述第二功率调节器与所述二向色镜之间的第二光闸；或者

所述光闸组件包括设于所述第二功率调节器与所述二向色镜之间的光闸。

作为进一步优选的，所述第一功率计和第二功率计的测量精度不低于0.01W。

作为进一步优选的，所述第一旋转电机和第二旋转电机的重复定位精度低于±25mdeg；最大速度不低于20°/s。

作为进一步优选的，还包括吸盘，所述吸盘设于所述X-Y二维位移平台上。

作为进一步优选的，所述吸盘为为陶瓷或石英吸盘，平面度低于4um。

作为进一步优选的，还包在线检测模块，所述在线检测模块包括宽带光源、环形器、光纤耦合器、参考光反射单元以及二维振镜，所述宽带光源输出的宽带激光经过环形器后进入光纤耦合器，所述光纤耦合器将宽带激光分为两路，一路宽带激光作为参考光进入参考光反射单元，一路宽带激光作为探测激光进入二维振镜，通过所述二向色镜耦合进入激光隐形加工光路中，经过物镜聚焦到晶圆表面上，探测激光进入晶圆中，晶圆内部在激光隐形切割过程中会发生破坏，不同深度对探测激光的反射率不同，从晶圆内部反射回去的激光强度存在差异，从晶圆中反射回的探测激光经过物镜、二向色镜、二维振镜返回光纤耦合器，在光纤耦合器中与返回的参考激光发生干涉，干涉光谱信号经过光纤耦合器进入到光谱仪中，控制模块用于采集和处理干涉光谱信号，从中提取出晶圆在该探测点位置内部的形貌信息。

作为进一步优选的，所述参考光反射单元包括与所述光纤耦合器依次连接的第一光纤准直镜、聚焦镜以及平面反射镜。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割方法，采用上述的系统实现，包括以下步骤：

S1采用激光器输出指定功率的输出激光；

S2采用分束器将激光束进行分束，一部分激光束进入第一功率计进行激光功率监测，剩余激光束进入第一功率调节器，其中，第一功率计监测输出激光的稳定性，并对该输出激光进行实时补偿，使得输出激光的功率损失值在指定范围内；

S3将稳定的激光依次通过第二功率调节器、二向色镜、物镜后照射至设于X-Y二维位移平台上的第二功率计，调整第二半波片的角度，生成第二半波片旋转角度与照射至所述X-Y二维位移平台上的激光功率的映射关系；

S4对晶圆的切割轨迹以及切割轨迹对应的切割激光功率进行规划；

S5将晶圆放置在所述X-Y二维位移平台上，根据步骤S3中获取的映射关系、切割轨迹以及切割轨迹对应的切割

激光功率对第二半波片旋转角度进行调整，同时，对驱动工作台进行相应驱动调整，以实现输出激光按照指定的切割轨迹以及切割轨迹对应的切割激光功率对晶圆进行隐形切割。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1．本发明在激光加工中通过功率计实施监测的方式来保证切割质量，减少更新校准功率参考表的次数，对激光器的功率变化形成闭环模式，保证在切割过程中的一致性，提供产品良率。

2．本发明通过在整体系统中测量第二半波片各个角度下对应的切割激光功率，并生成第二半波片旋转角度与照射至所述X-Y二维位移平台上的激光功率的映射关系。将该映射关系存储在所述控制模块内，当需要对晶圆进行切割时，首先对晶圆的切割轨迹进行规划，同时定义对应切割轨迹的切割功率，将切割轨迹以及切割轨迹对应的切割功率输入至控制模块中，控制模块则根据切割轨迹生成X-Y二维位移平台的驱动信息，同时根据切割轨迹对应的切割功率生成第二功率表调节器中第二旋转电机的驱动信息。本发明满足晶圆切割过程中所需的不同功率，克服现有技术中，每次需要重新设定光电信号的参数、操作不方便的问题。

3．本发明通过器件二维振镜控制探测激光沿晶圆切割道横截面方面进行扫描，将加工过程中采集到的大量横截面信息进行综合处理和分析，即可获取晶圆切割道内部整体的三维形貌，用于分析晶圆的切割质量评估、机理分析与工艺开发。

4．本发明通过晶圆切割道内部整体的三维形貌提取切割深度，该切割深度即为实际切割深度，将切割轨迹处的各个期望切割深度作为PID控制器的输出，将实际切割深度作为PID控制器的输入，对X-Y二维位移平台113的运动速度、第二半波片旋转角度以及物镜与晶圆之间的距离进行调整，使得晶圆切割过程中的实际三维形貌与期望的三维形貌相匹配。

附图说明

图1是本发明优选实施例涉及的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统的示意图；

图2是本发明另优选实施例涉及的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统的示意图；

图3是本发明实施例涉及集成有在线检测模块的基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统的示意图。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：101-激光器，102-第一功率调节器，103-分束器，104-第一功率计，105-第一光闸，106-第二功率调节器，107-第二光闸，108-二向色镜，109-物镜，110-第二功率计，111-吸盘，112-晶圆，113-X-Y二维位移平台,201-宽带光源，202-光谱仪，203-环形器，204-光纤耦合器，205-第一光纤准直镜，206-聚焦镜，207-平面反射镜，208-光纤准直镜，209-二维振镜，210-上位机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，包括沿光路依次布置的激光器101、第一功率调节器102、分束器103、第二功率调节器106、二向色镜108、物镜109以及X-Y二维位移平台113，其中，激光器101用于产生激光束，第一功率调节器102用于调整激光束的功率，分束器103用于将激光束进行分束，其中一部分激光束进入所述第一功率计104进行激光功率监测，剩余激光束进入所述第二功率调节器106。第一功率调节器102包括第一旋转电机和第一半波片。本申请中，激光器发射的功率一定，第一功率调节器102用于调节激光器发射的激光功率，使得激光功率稳定，以保证晶圆切割的质量。进一步的，为了实现激光器输出激光功率的稳定性，采用分束器103将激光器101输出的激光器进行分束，一般的，分束器103将激光按照指定比例进行分束，其中，至少百分之九十以上的光束分给第二功率调节器106，至少百分之一的光束分给第一功率计104，第一功率计104检测输入至第二功率表调节器106的激光功率，并将该激光功率值传递给控制模块。本发明中，为了实现激光器输出功率的调整，第一功率调节器102将激光器输出的功率调至激光器输出激光功率的90％，以此方式，当第一功率计104检测到输入至第二功率表调节器106的激光功率变化超过指定比例时，对输入至第二功率表调节器106的激光功率进行调整，使得输入至第二功率表调节器106的激光功率保持稳定。当第一功率计104检测值稳定后，先将第二功率计110放置于物镜109下方的X-Y二维位移平台113上，然后控制第二功率表调节器106中第二旋转电机驱动第二半波片的转动角度，测量第二半波片各个角度下对应的传递至X-Y二维位移平台113上的激光功率，即第二半波片各个角度下对应的切割激光功率，并生成第二半波片旋转角度与照射至所述X-Y二维位移平台113上的激光功率的映射关系。将该映射关系存储在所述控制模块内，当需要对晶圆进行切割时，首先对晶圆的切割轨迹进行规划，同时定义对应切割轨迹的切割功率，将切割轨迹以及切割轨迹对应的切割功率输入至控制模块中，控制模块则根据切割轨迹生成X-Y二维位移平台的驱动信息，同时根据切割轨迹对应的切割功率生成第二功率表调节器106中第二旋转电机的驱动信息。即本发明中，保持激光器的输出激光功率一定，通过对第二半波片的转动角度进行调整，以满足晶圆切割过程中所需的不同功率，克服现有技术中，每次需要重新设定光电信号的参数、操作不方便的问题。

当然，为了实现晶圆切割的质量，本发明中，还提供了隐形激光切割系统配套实用的在线检测模块，该在线检测模块通过二向色镜108与隐形切割模块进行耦合，进一步的，本发明中，利用二向色镜108的分光作用，使得加工用的激光全部反射，检测用的激光全部透过。更具体的，本发明中，在线检测模块包括宽带光源201，光谱仪202，环形器203，光纤耦合器204，第一光纤准直镜205，聚焦镜206，平面反射镜207，第二光纤准直镜208，二维振镜209以及上位机210，其中，宽带光源201为探测设备提供激光光源，接入环形器（即隔离器）203（保护光源不受后向散射光的影响），探测光源通过光纤耦合器204分为两路，光纤耦合器204用2*2光纤耦合器，一路激光为光学低相干光路系统的参考部分，参考激光经由第一准直镜205、聚焦镜206和平面反射镜207返回光纤耦合器204；一路激光为光学低相干光路系统的探测部分，探测激光经由第二光纤准直镜208转换为空间平行光束，进入二维振镜209，通过二向色镜108耦合进入激光隐形加工光路中，经过场镜109聚焦到晶圆表面上，探测激光进入晶圆中。晶圆内部在激光隐形切割过程中会发生破坏，不同深度对探测激光的反射率不同，从晶圆内部反射回去的激光强度存在差异，从晶圆中反射回的探测激光经过场镜109、二向色镜108、第二光纤准直镜208返回光纤耦合器204，在光纤耦合器204中与返回的参考激光发生干涉，干涉光谱信号经过光纤耦合器204的端口进入到光谱仪202中。上位机210负责干涉光谱信号的采集和处理，从中提取出晶圆在该探测点位置内部的形貌信息。本发明通过器件二维振镜控209制探测激光沿晶圆切割道横截面方面进行扫描，将加工过程中采集到的大量横截面信息进行综合处理和分析，即可获取晶圆切割道内部整体的三维形貌，用于分析晶圆的切割质量评估、机理分析与工艺开发。

在本发明实施例中，至少包括了激光隐形切割和在线检测，在激光隐形切割过程中，首先，布置两个功率调节器，即第一功率调节器102和第二功率调节器106，其中，分速器将激光器输入的激光分成两路，一路用于激光功率的监测，另一路进入所述第一功率调节器102，第一功率调节器102用于调整切割激光光束的功率。即在本发明中，激光器输入的激光功率是一定，通过调整第一功率调节器102和第二功率调节器106来实现不同切割轨迹部分功率的调整。更具体的，第一功率调节器102包括第一旋转电机和第一半波片，第二功率调节器106设于第一功率调节器102的出光光路上，包括第二旋转电机和第二半波片。在晶圆切割前，首先将第二功率计110放置在固定晶圆的工装上，即放置在X-Y二维位移平台113上，然后激光器输出指定功率激光束，待第一功率计104检测数据稳定时，调整第二半波片的角度，同时记录不同角度下对应第二功率计测得的激光功率，根据第二半波片的角度测量所述第二半波片旋转角度与照射至所述X-Y二维位移平台113上的激光功率的映射关系。根据该映射关系，在进行晶圆激光隐形切割过程中，首先生成晶圆的切割轨迹以及切割深度、切割深度对应的激光功率，然后控制模块根据所述映射关系控制所述X-Y二维位移平台113运动以及第二半波片的转动，使得晶圆按照期望的切割轨迹和激光功率进行切割。

当然，本发明还设置了与隐形切割配套实用的在线检测模块，在线检测模块在映射关系调整好后、隐形切割过程中使用。更具体的，线检测模块和隐形切割系统二者通过二向色镜进行连接，将加工激光与成像激光进行耦合。根据体的，本申请中，隐形切割模块的激光频率与线检测模块的光频率不同，以实现隐形切割模块的激光不能透过二向色镜反射，而在线检测模块的宽带光源能完全透过二向色镜。宽带光源为探测设备提供激光光源，接入隔离器或者环形器（保护光源不受后向散射光的影响），探测光源通过光纤耦合器分为两路，光纤耦合器采用2*2光纤耦合器，一路激光为光学低相干光路系统的参考部分，参考激光经由准直镜、聚焦镜和平面反射镜返回光纤耦合器；一路激光为光学低相干光路系统的探测部分，探测激光经由光纤准直镜转换为空间平行光束，进入二维振镜，通过二向色镜耦合进入激光隐形加工光路中，经过物镜或者场镜聚焦到晶圆表面上，探测激光进入晶圆中。晶圆内部在激光隐形切割过程中会发生破坏，不同深度对探测激光的反射率不同，从晶圆内部反射回去的激光强度存在差异，从晶圆中反射回的探测激光经过场镜（或物镜）、二向色镜、光纤准直镜返回光纤耦合器，在耦合器中与返回的参考激光发生干涉，干涉光谱信号经过光纤耦合器的端口进入到光谱仪中。上位机（控制模块）负责干涉光谱信号的采集和处理，从中提取出晶圆在该探测点位置内部的形貌信息。本实施例中通过二维振镜控制探测激光沿晶圆切割道横截面方面进行扫描，将加工过程中采集到的大量横截面信息进行综合处理和分析，即可获取晶圆切割道内部整体的三维形貌，用于分析晶圆的切割质量评估、机理分析与工艺开发。

在本发明实施例中，控制模块中还集成有PID控制器，该PID控制器用于输入实际晶圆切割道内部整体的三维形貌，然后根据期望的三维形貌对X-Y二维位移平台113的运动速度、第二半波片旋转角度以及物镜与晶圆之间的距离进行调整，使得晶圆切割过程中的实际三维形貌与期望的三维形貌相匹配。在本发明的一个实施例中，描述三维形貌的参数至少包括切割深度。当然为了实现第二半波片旋转角度以及物镜与晶圆之间的距离调整，X-Y二维位移平台113集成在Z向运动平台上，驱动X-Y二维位移平台113和Z向运动平台的电机均由控制模块控制驱动。在本实施例中，通过晶圆切割道内部整体的三维形貌提取切割深度，该切割深度即为实际切割深度，将切割轨迹处的各个期望切割深度作为PID控制器的输出，将实际切割深度作为PID控制器的输入，对X-Y二维位移平台113的运动速度、第二半波片旋转角度以及物镜与晶圆之间的距离进行调整，使得晶圆切割过程中的实际三维形貌与期望的三维形貌相匹配。

以下两个实施例均提供了隐形切割系统的结构构成。

实施例1：如图1所示，本实施例涉及的一种基于功率实时监测校准单元的晶圆激光隐形切割系统包括激光器、第一功率调节器、分束器、第一功率计、第一光闸、功率调节器、第二光闸、反射镜、物镜、第二功率计、晶圆、吸盘、X-Y二维运动平台。所述激光器1输出激光，通过第一功率调节器对激光输出功率调至90%，利用分束器将激光按一定比例分束，小比例光束进入第一功率计进行功率实时监测，大比例光束进入第一光闸，第一光闸主要用于外部控制整个光路系统的通断。第一光闸的输出端设置有第二功率调节器，用于设定不同角度时，功率的测量值，并记录作为功率参考表，对最终切割用到的工艺参数进行调用。功率参考表的测量方式是将第二功率计通过X-Y二维位移台移动到物镜下方，通过调整第二功率调节器带动半波片进行多角度转动，实时测量第二功率计的数值。第二光闸用于在第二功率调节器调用不同激光功率时，暂时的开关光路。反射将输出端的光路通过反射进入到物镜中，使最后的激光聚焦在晶圆内部。通过X-Y二维位移台带动吸盘吸附的晶圆进行往复运动，实现激光隐形切割。

上述系统中，所述第一功率计和第二功率计对激光功率的灵敏度要高，测量精度低于0.01W；所述第一功率调节器和第二功率调节器由旋转电机和半波片组成； 所述旋转电机的重复定位精度低于±25mdeg；最大速度不低于20°/s；所述吸盘为陶瓷或石英吸盘，平面度低于4um； 所述第一光闸是针对整个光路系统进行通断控制；所述第二光闸是对切割过程中，需要调整功率参数时，进行暂时的通断控制，避免在调用不同功率参数时，激光通过物镜作用到晶圆上，从而影响切割效果；所述第一光闸和第二光闸在校准功率表的时候，需要保持开启状态；所述第一功率计通过串口通讯将实时监测的数据反馈至上位机控制软件，控制软件判断功率变化是否超过2%；若超出范围，通过第一功率调节器进行补偿调整。

实施例2：如图2所示，本实施例中涉及的一种基于功率实时监测校准单元的晶圆激光隐形切割系统包括激光器、第一功率调节器、分束器、第一功率计、第二功率调节器、光闸、反射镜、物镜、第二功率计、晶圆、吸盘、X-Y二维运动平台。所述激光器输出激光，通过第一功率调节器对激光输出功率调至90%，利用分束器将激光按一定比例分束，小比例光束进入第一功率计进行功率实时监测，大比例光束进入第二功率调节器。第二功率调节器，用于设定不同角度时，功率的测量值，并记录作为功率参考表，对最终切割用到的工艺参数进行调用。功率参考表的测量方式是将第二功率计通过X-Y二维位移台移动到物镜下方，通过调整第二功率调节器带动半波片进行多角度转动，实时测量第二功率计的数值。光闸用于在第二功率调节器调用不同激光功率时，对整个光路系统进行通断。反射镜将输出端的光路通过反射进入到物镜中，使最后的激光聚焦在晶圆内部。通过X-Y二维位移台带动吸盘吸附的晶圆进行往复运动，实现激光隐形切割。

上述系统中，所述第一功率计和第二功率计对激光功率的灵敏度要高，测量精度低于0.01W； 所述第一功率调节器和第二功率调节器由旋转电机和半波片组成；所述旋转电机的重复定位精度低于±25mdeg；最大速度不低于20°/s； 所述吸盘为陶瓷或石英吸盘，平面度低于4um；所述光闸是对切割过程中，需要调整功率参数时，进行光路的通断控制，避免在调用不同功率参数时，激光通过物镜作用到晶圆上，从而影响切割效果；所述光闸在校准功率表的时候，需要保持开启状态；所述第一功率计通过串口通讯将实时监测的数据反馈至上位机控制软件，控制软件判断功率变化是否超过2%；若超出范围，通过第一功率调节器进行补偿调整。

按照本发明的另一个方面，还提供了一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割方法，包括以下步骤：

S1采用激光器输出指定功率的输出激光。在本发明中，激光器输出的激光一定，因此，在后面进行切割功率调整时，一般不调整激光器的输出功率，而是通过功率调整器来调整切割功率。

S2采用分束器将激光束进行分束，一部分激光束进入第一功率计进行激光功率监测，剩余激光束进入第一功率调节器，其中，第一功率计监测输出激光的稳定性，并对该输出激光进行实时补偿，使得输出激光的功率损失值在指定范围内，一般而言，第一功率调节器对激光输出功率调至90%，以此方式，保留了切割功率调整的裕度，如当切割功率不够时，可将切割功率往上调整10%，保证整体装置的适用性和可调性。

S3将稳定的激光依次通过第二功率调节器、二向色镜、物镜后照射至设于X-Y二维位移平台上的第二功率计，调整第二半波片的角度，生成第二半波片旋转角度与照射至所述X-Y二维位移平台上的激光功率的映射关系；该映射关系由控制模块生成，并存储于控制模块中，当隐形切割系统启用时，控制模块自动匹配该映射关系。

S4对晶圆的切割轨迹以及切割轨迹对应的切割激光功率进行规划；

S5将晶圆放置在所述X-Y二维位移平台上，根据步骤S3中获取的映射关系、切割轨迹以及切割轨迹对应的切割激光功率对第二半波片旋转角度进行调整，同时，对驱动工作台进行相应驱动调整，以实现输出激光按照指定的切割轨迹以及切割轨迹对应的切割激光功率对晶圆进行隐形切割。在该步骤中，控制模块（上位机）控制宽带光源同步启动，探测激光沿设定的探测光路进入二向色镜，并通过二向色镜的耦合与隐形切割光路重合，经过物镜或者场镜聚焦到晶圆表面上，探测激光进入晶圆中。晶圆内部在激光隐形切割过程中会发生破坏，不同深度对探测激光的反射率不同，从晶圆内部反射回去的激光强度存在差异，从晶圆中反射回的探测激光经过场镜（或物镜）、二向色镜、光纤准直镜返回光纤耦合器，在耦合器中与返回的参考激光发生干涉，干涉光谱信号经过光纤耦合器的端口进入到光谱仪中。上位机（控制模块）负责干涉光谱信号的采集和处理，从中提取出晶圆在该探测点位置内部的三维形貌信息。

更具体的，本申请中，隐形切割与在线检测同步进行：

激光器发射第一激光，对第一激光进行一级功率调整，以获取稳定的设定比例功率的预加工激光，根据晶圆激光切割加工路径和加工路径对应的加工参数对预加工激光进行二级功率调整，使得经二级功率调整后的切割激光的功率使其与所述晶圆切割加工所需功率匹配；

在线检测模块的宽带光源发射第二激光，将所述第二激光一分为二，其中一路光通过准直、聚焦、反射后作为参考光，另一路光在探测光路上通过准直、偏转后作为探测光；

将所述探测光耦合至切割激光光路中，以使得探测光在晶圆切割过程中同步进入晶圆中，并在不同切割深度处反射回探测光路；

所述探测光返回后与参考光耦合并发生干涉，对该干涉光谱信号进行处理，以获取晶圆切割道内部整体的三维形貌，根据该三维形貌实施调整切割激光的功率，以完成对晶圆激光切割加工及协同检测。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，其特征在于，包括依次连接的激光器（101）、第一功率调节器（102）、分束器（103）、第二功率调节器（106）、二向色镜（108）、物镜（109）以及X-Y二维位移平台（113）、第二功率计（110）和控制模块，其中，

所述激光器（101）用于产生激光束；

所述第一功率调节器（102）用于调整激光束的功率；

所述分束器（103）用于将激光束进行分束，一部分激光束进入第一功率计（104）进行激光功率监测，剩余激光束进入所述第二功率调节器（106）；

所述第一功率调节器（102）包括第一旋转电机和第一半波片；

所述第二功率调节器（106）设于所述第一功率调节器（102）的出光光路上，包括第二旋转电机和第二半波片；

通过所述第二功率调节器（106）的光束依次通过所述二向色镜（108）和物镜（109）照在所述X-Y二维位移平台（113）上；

所述第二功率计（110）在晶圆切割前放于所述X-Y二维位移平台（113）上，并在所述激光器（101）输出指定功率激光束、且所述第一功率计（104）检测数据稳定时，根据第二半波片的角度测量所述第二半波片旋转角度与照射至所述X-Y二维位移平台（113）上的激光功率的映射关系；

所述控制模块根据所述映射关系控制所述X-Y二维位移平台（113）运动以及第二半波片的转动，实现晶圆不同切割路径下激光功率的自适应调节。

2.根据权利要求1所述的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，其特征在于，还包括光闸组件，所述光闸组件设于所述分束器（103）之后的光路上，用于控制光路的通断。

3.根据权利要求2所述的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，其特征在于，所述光闸组件包括设于所述分束器（103）与所述第二功率调节器（106）之间的第一光闸（105）以及设于所述第二功率调节器（106）与所述二向色镜（108）之间的第二光闸（107）；或者

所述光闸组件包括设于所述第二功率调节器（106）与所述二向色镜（108）之间的光闸。

4.根据权利要求1所述的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，其特征在于，所述第一功率计（104）和第二功率计（110）的测量精度不低于0.01W。

5.根据权利要求1所述的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，其特征在于，所述第一旋转电机和第二旋转电机的重复定位精度低于±25mdeg；最大速度不低于20°/s。

6.根据权利要求1所述的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，其特征在于，还包括吸盘，所述吸盘设于所述X-Y二维位移平台（113）上。

7.根据权利要求6所述的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，其特征在于，所述吸盘为陶瓷或石英吸盘，平面度低于4um。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，其特征在于，还包在线检测模块，所述在线检测模块包括宽带光源（201）、环形器（203）、光纤耦合器（204）、参考光反射单元以及二维振镜（209），所述宽带光源（201）输出的宽带激光经过环形器（203）后进入光纤耦合器（204），所述光纤耦合器（204）将宽带激光分为两路，一路宽带激光作为参考光进入参考光反射单元，一路宽带激光作为探测激光进入二维振镜（209），通过所述二向色镜（108）耦合进入激光隐形加工光路中，经过物镜（109）聚焦到晶圆表面上，探测激光进入晶圆中，晶圆内部在激光隐形切割过程中会发生破坏，不同深度对探测激光的反射率不同，从晶圆内部反射回去的激光强度存在差异，从晶圆中反射回的探测激光经过物镜（109）、二向色镜（108）、二维振镜（209）返回光纤耦合器（204），在光纤耦合器（204）中与返回的参考激光发生干涉，干涉光谱信号经过光纤耦合器（204）进入到光谱仪中（202），控制模块用于采集和处理干涉光谱信号，从中提取出晶圆在该探测点位置内部的形貌信息。

9.根据权利要求8所述的一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割系统，其特征在于，所述参考光反射单元包括与所述光纤耦合器（204）依次连接的第一光纤准直镜（205）、聚焦镜（206）以及平面反射镜（207）。

10.一种基于功率实时监测校准的晶圆激光隐形切割方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的系统实现，包括以下步骤：

S1采用激光器（101）输出指定功率的输出激光；

S2采用分束器将激光束进行分束，一部分激光束进入第一功率计（104）进行激光功率监测，剩余激光束进入第一功率调节器（102），其中，第一功率计（104）监测输出激光的稳定性，并对该输出激光进行实时补偿，使得输出激光的功率损失值在指定范围内；

S3将稳定的激光依次通过第二功率调节器（106）、二向色镜（108）、物镜（109）后照射至设于X-Y二维位移平台（113）上的第二功率计（110），调整第二半波片的角度，生成第二半波片旋转角度与照射至所述X-Y二维位移平台（113）上的激光功率的映射关系；

S4对晶圆的切割轨迹以及切割轨迹对应的切割激光功率进行规划；

S5将晶圆放置在所述X-Y二维位移平台（113）上，根据步骤S3中获取的映射关系、切割轨迹以及切割轨迹对应的切割激光功率对第二半波片旋转角度进行调整，同时，对驱动工作台进行相应驱动调整，以实现输出激光按照指定的切割轨迹以及切割轨迹对应的切割激光功率对晶圆进行隐形切割。

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